郭樹賢 閆海波

（新鄉(xiāng)水文水資源勘測局，河南新鄉(xiāng) 453600）

GPS技術(shù)在水文水資源監(jiān)測中的應(yīng)用

郭樹賢 閆海波

（新鄉(xiāng)水文水資源勘測局，河南新鄉(xiāng) 453600）

GPS技術(shù)由于自身眾多優(yōu)點被廣泛應(yīng)用到各個領(lǐng)域，尤其是在水文水資源監(jiān)測工作中發(fā)揮著重要作用?；诖?，簡要介紹GPS技術(shù)、RTK技術(shù)的應(yīng)用原理及特點，詳細闡述與展望GPS技術(shù)在水文水資源監(jiān)測中的應(yīng)用。

GPS技術(shù)；RTK技術(shù)；水文監(jiān)測

1 GPS技術(shù)

GPS（Global Positioning System），意為全球定位系統(tǒng)，可以同時對海陸空進行全方位的導航和定位，實施三維導航能力和定位能力，具有自動化、高精度、高效益及全天候等優(yōu)點，在工程測量、地表測量、資源勘探及水資源監(jiān)測等方面發(fā)揮著重要應(yīng)用［1］。GPS技術(shù)與RTK軟件定位系統(tǒng)相配合，可以對水庫、河道及湖泊等進行實時定位和監(jiān)測，并自動繪制成圖，通過圖紙分析可以進行各種險情預(yù)測，對存在的問題可以作出精準判斷并上報，為有關(guān)負責人作出決策提供依據(jù)。

GPS技術(shù)對水文水資源的監(jiān)測，一是具有方便靈活的特點，對水位進行監(jiān)測時可以移動到任何位置，不管在任何狀態(tài)下都能進行。二是具有全自動化的特點，可以實現(xiàn)對水文數(shù)據(jù)的自動收集、輸出和接收等，在初步分析環(huán)節(jié)可以不用設(shè)置參數(shù)。三是具有智能化的特點，在實際操作應(yīng)用中，比如發(fā)布指令、參數(shù)設(shè)置等在野外可以不進行執(zhí)行，直接利用計算機就可以實現(xiàn)。四是數(shù)據(jù)能達到高精準的特點，通過GPS技術(shù)、RTK技術(shù)及濾波技術(shù)等保證水位數(shù)據(jù)的測量質(zhì)量，確?？梢蕴崛〉礁哔|(zhì)量的水位數(shù)據(jù)。

2 RTK技術(shù)

RTK（Real Time Kinematic），意為相應(yīng)動態(tài)差分法，可以測量控制點的三維坐標。目前是一種新的GPS測量方式。傳統(tǒng)的測量方式比如靜態(tài)、動態(tài)測量，需要通過繁瑣的測量程序最后才能得到數(shù)據(jù)信息。然而，TRK技術(shù)在實際使用中可以實現(xiàn)自動定位，通過動態(tài)差分法就可以直接得到精準數(shù)據(jù)信息。其使用為工程測量、地形測圖及其他各種測量都帶來了巨大方便，也大大提高了工作效率。

RTK技術(shù)在實際應(yīng)用中能夠帶來很大方便，但也存在一些不足。一些專家指出，應(yīng)將RTK技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)有效結(jié)合，通過利用信息網(wǎng)絡(luò)來彌補GPS技術(shù)對水文水資源監(jiān)測的不足，以真正實現(xiàn)全面覆蓋。比如，設(shè)置一個虛擬網(wǎng)路對某一地區(qū)的水文水資源進行實時監(jiān)測，然后通過檢測進行正確的計算。

3 GPS技術(shù)在水文水資源監(jiān)測中的應(yīng)用

3.1 對水位數(shù)據(jù)進行自動采集和實時傳輸

3.1.1 局部轉(zhuǎn)換模型建立得更加完善和精密。通過高程轉(zhuǎn)換模型可以進一步實現(xiàn)地表高程向國家“85”高程的轉(zhuǎn)換，也就是說GPS實測的是大地高程，而水文資源測量采用的是國家“85”高程。

3.1.2 實現(xiàn)對水位的實時監(jiān)測和提取。如果采用國家“85”高程測量水位，利用軟件進行編制，對RTK數(shù)據(jù)進行實時提取，同時可以利用高程轉(zhuǎn)換模型進行轉(zhuǎn)換。

3.1.3 研制濾波算法。在實際的應(yīng)用中，為了避免受到觀測誤差的影響，確保水位數(shù)據(jù)監(jiān)測準確，需要對濾波模型進行研制，在模型研制完成后編制相應(yīng)的軟件并輸入到手掌機（PDA）中。

3.1.4 進行有效的系統(tǒng)合成。將收集的水位數(shù)據(jù)通過通訊模式發(fā)送到監(jiān)控中心，使野外觀測單元子系統(tǒng)進行有效合成，即手機系統(tǒng)與PDA系統(tǒng)相結(jié)合，以此來實現(xiàn)整個系統(tǒng)。在這個基礎(chǔ)上可以將水位數(shù)據(jù)進行編碼然后向手機發(fā)送。

3.1.5 監(jiān)控單元。數(shù)據(jù)輸出以后需要通過控制單位來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收，通過編制程序來解除加密的編碼，然后對接收的數(shù)據(jù)進行管理。

3.1.6 智能監(jiān)控系統(tǒng)的建立。水位數(shù)據(jù)在自動收集以后通過職能化、網(wǎng)絡(luò)化來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時傳送，野外監(jiān)測的工作狀態(tài)包括數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬?nèi)容、模式、頻率、開關(guān)機操作及采樣間隔等都可以通過軟件編寫來實現(xiàn)，真正體現(xiàn)出野外測量單元的智能化監(jiān)控模式。

3.2 實現(xiàn)洪水調(diào)度

我國是自然災(zāi)害較多的國家，其造成的經(jīng)濟損失也是非常嚴重的，國家和政府對這一方面非常重視，研究和制定各種自然災(zāi)害的應(yīng)對措施。比如，在防汛減災(zāi)工程措施中，很多流域建設(shè)防洪決策支持系統(tǒng)，通過GPS技術(shù)對水資源進行調(diào)度、洪水預(yù)警、減災(zāi)措施分析、洪災(zāi)損失評估及水利工程效益分析等，為災(zāi)民轉(zhuǎn)移路線及救災(zāi)物資運輸路線提供決策依據(jù)。目前，我國已建立多個防汛減災(zāi)系統(tǒng)，比如防汛指揮系統(tǒng)、防洪智能應(yīng)急預(yù)警系統(tǒng)、防洪規(guī)劃信息管理系統(tǒng)、防汛信息查詢系統(tǒng)和洪水風險評估系統(tǒng)等。

GPS系統(tǒng)可以對水位的變化進行實時監(jiān)測，同時可以快速地將不同位置的水位數(shù)據(jù)傳輸給領(lǐng)導層，水位數(shù)據(jù)信息可以通過計算機繪制成水位曲線，在計算機界面可以進行動態(tài)顯示，比如蓄洪區(qū)的水位情況、洪水推進情況、人員轉(zhuǎn)移情況以及可能造成的經(jīng)濟損失等。這些信息都可以及時傳送給領(lǐng)導層，領(lǐng)導層可以隨時掌握水情的變化，為領(lǐng)導層制定防洪計劃、傳達防洪指令提供可靠依據(jù)。

3.3 實現(xiàn)流量測驗

在獨流減河斷面巡測的過程中，不僅要考慮潮位對巡測工作的影響，而且要考慮到對高洪期水面寬度的影響。常規(guī)的巡測方法由于受到障礙物多、視距長及標志背景復(fù)雜等因素的影響，使原來設(shè)定的斷面標無法通視，無法保證測量數(shù)據(jù)的準確性。因此，采用GPS技術(shù)就可以完全消除這些顧慮，確保水文巡測工作順利開展。另外，GPS技術(shù)在實際的應(yīng)用中，與雨水情信息數(shù)據(jù)庫相結(jié)合，可以在電子地圖上實現(xiàn)水情時時報警，可以對水庫水位、河道水位、雨量情況及遙感觀測站運行故障等時時報警。如果某一水庫超過防汛限定水位時，系統(tǒng)界面就會自動彈出相應(yīng)窗口，并發(fā)出警報信息。

3.4 對水質(zhì)進行監(jiān)測

GPS技術(shù)在水庫水質(zhì)監(jiān)測的應(yīng)用中，可以進行采樣定位、信息收集，然后對這些信息進行合理化分析，最后得出水質(zhì)的監(jiān)測結(jié)果，同時也可以通過不同形式的圖形來表示，依據(jù)圖形進一步總結(jié)水質(zhì)污染規(guī)律。

4 GPS在水文水資源監(jiān)測中的應(yīng)用展望

最近幾年隨著社會的發(fā)展，我國先后建立了多個蓄水洪區(qū)，在一定程度上緩解了防洪資源利用不合理的現(xiàn)象。傳統(tǒng)的監(jiān)測方式不能準確地體現(xiàn)出洪區(qū)水資源情況，對水文情況的監(jiān)測范圍也有很大限制，影響監(jiān)測質(zhì)量。但是，利用GPS技術(shù)就可以很好地將水資源信息進行收集和整合、分類并加以應(yīng)用。加之RTK技術(shù)可以進行遠距離監(jiān)測，對土壤、地貌及地下水情況進行準確采集和測量，進一步完善蓄水洪區(qū)的信息監(jiān)測系統(tǒng)，為相關(guān)部門提供科學、可靠的信息依據(jù)。

因此，GPS技術(shù)在今后應(yīng)用中要重視以下幾個方面：①進一步體現(xiàn)出這種技術(shù)的可擴展性，建立完善的水文監(jiān)測系統(tǒng)；②對各種水文數(shù)據(jù)進行深入研究和分析，完善數(shù)據(jù)分析模型，以提供精準的計算結(jié)果，從而提高工作效率和質(zhì)量；③與其他技術(shù)充分結(jié)合，GPS技術(shù)可與GIS、RS、IT技術(shù)深入結(jié)合，進一步體現(xiàn)其自身的開放性和可開展性；④對GPS系統(tǒng)進一步完善數(shù)據(jù)管理功能，如安全、高效及分布管理等功能，保證系統(tǒng)基礎(chǔ)的穩(wěn)定能力；⑤充分利用網(wǎng)絡(luò)資源，實現(xiàn)資源共享，提供綜合信息的網(wǎng)絡(luò)化服務(wù)，提供成熟的技術(shù)平臺，以確保GPS系統(tǒng)可以長期穩(wěn)定運行。

5 結(jié)語

監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展在很大程度上推動著我國水文水資源監(jiān)測技術(shù)的進步。在今后的發(fā)展道路中，要不斷吸收和引進國外先進技術(shù)及管理水平，結(jié)合我國監(jiān)測技術(shù)的實際情況，從多角度、多方面來提升我國的水文監(jiān)測技術(shù)，進一步提升水文水資源數(shù)據(jù)信息的準確性和可靠性。

［1］孫修程.GPS RTK技術(shù)在水利工程控制測量中的精度分析［J］.商品與質(zhì)量·建筑與發(fā)展，2014（5）：118-119.

Application of GPS Technology in Hydrology and Water Resources Monitoring

Guo ShuxianYan Haibo
（Xinxiang Hydrology and Water Resources Survey Bureau，Xinxiang Henan 453600）

GPS technology has been widely used in various fields because of its own advantages,especially plays an important role in the hydrology and water resources monitoring work.Based on this,the application principle and characteristics of GPS technology and RTK technology were introduced briefly,the application of GPS technology in hydrology and water resources monitoring were elaborated and application prospect.

RTK technology；GPS technology；hydrological monitoring

P228.4；P332

A

1003-5168（2016）11-0029-02

2016-10-20

郭樹賢（1985-），男，本科，助理工程師，研究方向：水文水資源。